Наша иммунная система воссоздана на чипе для изучения эффективности вакцин
Вакцины привлекли внимание ученых во время пандемии Ковид-19. Однако, несмотря на несомненный прогресс, знания о нашей иммунной системе и связанных с ней механизмах остаются ограниченными. Разработка вакцин, например, особенно сложна. Почему у людей, зараженных SARS-COV-2, болезнь протекает бессимптомно, а другие страдают от высокой температуры и боли в теле? Исследователи Гарвардского института WYSS создали на микрофлюидном чипе более точную модель иммунной системы человека и того, как иммунные клетки реагируют на вакцины и патогены. обеспечивают наилучшую платформу для изучения того, как иммунные клетки реагируют на вакцины и патогены.
Содержание статьи:
В настоящее время новые вакцины и иммунотерапии изучаются на животных моделях, но видовые различия в иммунном ответе могут привести к неожиданной токсичности и низкой эффективности в клинических испытаниях на людях. Иммунные клетки человека, полученные из крови, могут быть использованы для проведения доклинических экспериментов in vitro, но даже эти результаты не могут предсказать реакцию пациентов.
Одна из основных причин этой неудачи заключается в том, что иммунные ответы in vivo обычно происходят в высокоспециализированных тканевых микроинфекциях лимфоидных фолликулов. Это небольшие участки ткани, содержащие В- и Т-клетки, которые при контакте со специфическим антигеном вызывают ряд событий, приводящих к полному иммунному ответу. Обычно они располагаются во вторичных лимфоидных органах, таких как лимфатические узлы. Однако они могут образовываться эктопически (в других органах) в результате воспаления. Разработка вакцин и иммунотерапии для человека зависит от понимания этого адаптивного иммунного ответа. Как можно получить доступ к этим механизмам, которые зависят от окружающей ткани?
В последние годы ученые разработали методы моделирования органов и других тканей организма на микрофлюидных чипах, которые позволяют проводить более тщательные сравнения. Микрофлюидный чип представляет собой серию микроканалов (стеклянных, кремниевых или полимерных), вытравленных или отлитых в материале. Микроканалы соединены между собой для выполнения определенных функций (например, сортировки, перекачки, смешивания). Такие «органы на чипе» были прикреплены к сердцу, легким, кишечнику, почкам, селезенке, роговице, зубам и плаценте.
Агентство перспективного исследовательского проекта Министерства обороны, отвечающее за исследования и разработку новых технологий для военного применения, поддерживает разработку инструментов для бесшовного соединения нескольких систем «орган-на-чипе» для создания «тела -. на чипе». Это позволит одновременно изучать воздействие лекарств на несколько систем органов. Недавно исследователи из Института биотехнологии WYSS при Гарвардском университете при поддержке Министерства обороны США добавили в список таких ОЭС иммунную систему. Их работа была опубликована в журнале Advanced Science.
Читайте также: Инъекционный гидрогель обучает иммунную систему предотвращать рецидивы глиобластомы
Глиобластома является наиболее агрессивной и распространенной первичной злокачественной опухолью головного мозга у взрослого населения. Средняя..
Неожиданное открытие
До этого технологического прорыва команда Гойала хотела лишь изучить, как циркулирующие в крови В- и Т-лимфоциты изменяют свое поведение при попадании в ткани. Для этого они выращивали эти иммунные клетки из образцов человеческой крови в микрофлюидном устройстве, созданном для имитации физических условий, возникающих при их попадании в орган.
Однако, когда исследователи ввели поток питательных веществ, они обнаружили нечто неожиданное: В- и Т-клетки начали формировать трехмерные структуры, напоминающие лимфоидные фолликулы, точнее, эмбриональные центры, осуществляющие сложные иммунные реакции.
В своем заявлении Гойал, иммунолог из Института WYSS и ведущий автор исследования, сказал
Изучая полученные структуры, мы смогли идентифицировать отличительное химическое вещество под названием CXCL13. вырабатываемое лимфоидными фолликулами в ответ на хроническое воспаление. Кроме того, В-клетки в структуре экспрессировали фермент, называемый активационно-индуцированным сидидинамином (AID), который необходим для активации В-клеток в ответ на специфический антиген. Этот фермент не присутствует в циркулирующих В-клетках; ни CXCL13, ни AID не присутствуют в клетках, выращенных вне этих массивов. Это говорит о том, что ученые действительно могут создавать функциональные лимфоидные фолликулы из циркулирующих клеток крови.
Они также обнаружили плазматические клетки, которые выделяли антитела, секретируемые зрелыми В-клетками, дифференцированными после использования нескольких стимулов, включая цитокин IL-4 и антитела анти-CD40 или комбинацию мертвых бактерий.
Пранав Прабхала, технический эксперт Института WYSS и соавтор работы, сказал: «Мы обнаружили, что В-клетки могут дифференцироваться и выделять антитела после использования нескольких стимулов. включая реакцию на многие типы патогенов»».
Инструмент для прогнозирования эффективности вакцин
Во-вторых, получив функциональную модель лимфоидного фолликула, способного вызывать иммунный ответ, они попытались понять, как он будет реагировать на вакцинацию. Поэтому команда добавила дендритные клетки. В организме они помогают вырабатывать антигены, которые представляют собой фрагменты патогенного лимфоидного узла. Затем иммунную систему-на-чипе вакцинировали против штамма гриппа H5N1 либо отдельно с адъювантом SWE, либо вместе с адъювантом SW, который, как мы знаем, стимулирует иммунный ответ на вакцину. Чипы, содержащие вакцину и адъювант, произвели значительно больше плазматических клеток и антител против гриппа, чем чипы, выращенные в обычных культуральных чашках, по сравнению с чипами с вакциной без адъюванта.
Это показывает, что эти микрофлюидические массивы лимфоидных фолликулов близки к реальности. Они могут стать более человекоподобной моделью для будущих исследований иммунной системы и разработки лекарств.
В настоящее время исследователи Wyeth в сотрудничестве с фармацевтическими компаниями и Фондом Гейтса используют чипы лимфоидных фолликулов для тестирования различных вакцин и вспомогательных средств.
